Published September 25, 2015 | Version v1
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Charging strategies for electric vehicles connected to street lighting networks

Description

In order to reduce the impact of global warming, the European Commission has decided in the continuation of the Kyoto protocol to reduce drastically greenhouse gas emissions. In this matter, the progressive replacement of thermal vehicles by electric ones is considered as a key objective. For that purpose, several prerequisites must be considered for the rapid deployment of Electrical Vehicles (EV) in the European market. The first of these prerequisites consists in the design of a new generation of batteries with higher energy efficiency, larger capacity and improved robustness. The second one is the design and rapid deployment of cost effective charging infrastructures. At last, the emergence of European standards in all these matters is an imperious necessity for the viability of the EVs European market. This thesis is mainly focused on the second of these three prerequisites. It is widely admitted that in the short term, EVs usage will be essentially limited to urban areas before being extended to the whole territory. As it is considered by the French National TELEWATT research project to which we have contributed, street lighting networks can be used judiciously to deploy in the short term low cost charging infrastructures. The basic principle of this project consists in coupling to each street light one or two EV's charging stations if one or two parking spots are located nearby. Various electrical constraints specified in the TELEWATT project must be satisfied to enable EVs' charging without degrading the quality of the lighting system. In this thesis, we begin to demonstrate the feasibility of such an operation. For that purpose, we have developed a simulator enabling to depict the dynamic behavior of the global system. The strength and originality of this simulator resides in its capacity to determine in real-time and with the necessary precision if an EV can effectively be connected to a charging station. The response to this question depends on static and dynamic characteristics of the street lighting network and on the state of charge of the batteries of both the connected and candidate EVs. The dynamism of the charging process of each EV strongly depends on the instantaneous power consumed by the global infrastructure. The second original result of this thesis consists in the design of scheduling policies to activate the various charging stations. Our objective is to propose via these scheduling policies, various types of guaranteed Quality of Service (QoS) to the end-users. Such guarantees can be declined for instance in terms of expected state of charge for a given parking term. (author)

Abstract (French)

De facon a reduire l'impact du rechauffement climatique, la Commission Europeenne a decide dans le prolongement du protocole de Kyoto de reduire drastiquement les emissions de gaz a effet de serre. En la matiere, le remplacement progressif des vehicules thermiques par des vehicules electriques est considere comme un objectif cle. Dans ce but, plusieurs prerequis doivent etre pris en compte pour le deploiement rapide des vehicules electriques sur le marche europeen. Le premier de ces prerequis consiste en la conception d'une nouvelle generation de batteries avec une efficacite energetique accrue, une plus grande capacite et une robustesse amelioree. Le second prerequis est la conception et le deploiement rapide et economique d'infrastructures de recharge. Enfin, l'emergence de normes europeennes dans tous ces domaines est une imperieuse necessite pour la viabilite economique du marche europeen des vehicules electriques. Cette these se focalise essentiellement sur le second de ces trois prerequis. Il est largement admis qu'a court terme, l'usage des vehicules electriques sera essentiellement limite aux zones urbaines avant d'etre etendu a tout le territoire. Tel que cela est pris en compte par le projet de recherche national TELEWATT dans lequel nous avons ete impliques, les reseaux d'eclairage publics en zones urbaines peuvent etre utilises judicieusement pour deployer a court terme des infrastructures de recharge bon marche. Le principe de base de ce projet consiste a connecter a chaque candelabre une ou deux stations de recharge pour vehicule electrique si une ou deux places de parking sont disponibles dans l'environnement proche. Diverses contraintes electriques specifiees dans le projet TELEWATT doivent etre satisfaites pour permettre la recharge de vehicules electriques sans perturber la qualite de l'eclairage. Dans cette these, nous commencons par demontrer la faisabilite d'une telle operation. Pour cela, nous avons developpe un simulateur permettant de decrire le comportement dynamique du systeme global. La force et l'originalite de ce simulateur reside dans sa capacite a determiner en temps-reel et avec la precision necessaire si un vehicule electrique peut effectivement etre connecte a une borne. La reponse a cette question depend des caracteristiques statiques et dynamiques du reseau d'eclairage et de l'etat de charge des vehicules deja connectes comme des vehicules candidats. La dynamique du processus de recharge de chaque vehicule electrique depend fortement de la puissance instantanee consommee par l'infrastructure globale. Le second objectif original de cette these consiste en la conception de politiques d'ordonnancement d'activation des diverses bornes de recharge. Notre objectif est de proposer, via ces politiques d'ordonnancement, divers types de qualite de service (QoS) garanties aux usagers. De telles garanties peuvent par exemple se decliner en termes d'etat de charge attendu pour une certaine duree de stationnement. (auteur)

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Original title (English)
Strategies de recharge pour vehicules electriques connectes a un reseau public d'eclairage

Publishing Information

Imprint Pagination
187 p.
Report number
FRNC-TH--10428
University
ParisTech
Degree
PhD

Optional Information

Notes
78 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses